N ATURMILJØ

Independentemente do material ou do princ´ıpio de funcionamento, de um modo directo ou indirecto, o sensor vai colocar uma tens˜ao aos seus terminais, tens˜ao essa que ´e proporcional `a radia¸c˜ao incidente na sua janela. A partir da equa¸c˜ao 3.18 pode ser escrita a 3.21.

U = K.R.σ(T_c4_{− Ts}4) (3.21)

em que K representa a sensibilidade do sensor (ou do conjunto sensor-ponte de Wheatstone), medida em V /W , Tsa sua temperatura e Tca temperatura do corpo

que emite a radia¸c˜ao.

A equa¸c˜ao 3.21 apenas reflecte o caso particular de o sensor receber todo o espectro de radia¸c˜ao emitido pelo corpo. Ora acontece que os sensores de radia¸c˜ao geralmente est˜ao dentro de um inv´olucro com uma janela, que de algum modo funciona como filtro deixando passar apenas parte do espectro de radia¸c˜ao. Nesse caso a tens˜ao aos seus terminais n˜ao vai ser proporcional `a quarta potˆencia da temperatura, sendo dada por:

U = K.R.σ∗

(T_cp_{− Ts}p) (3.22)

Os valores de σ∗

e p podem ser obtidos a partir da lei de Planck (equa¸c˜ao 2.26), integrando esta entre os limites de frequˆencia a que o sensor opera, ou obtidos experimentalmente, como ser´a visto mais tarde.

3.6

Sum´ario

Este cap´ıtulo foi dedicado ao estudo da transferˆencia de energia entre corpos reais (n˜ao negros). Conforme foi visto, a energia transferida entre dois corpos depende n˜ao s´o das suas temperaturas mas tamb´em das propriedades f´ısicas e qu´ımicas das suas superf´ıcies. No final do cap´ıtulo foram descritas trˆes formas de construir sensores de radia¸c˜ao baseados no facto de que dois corpos a temperatu- ras diferentes poderem trocar energia entre si e essa energia poder ser convertida na forma de uma grandeza el´ectrica.

Cap´ıtulo 4

T´ecnicas de medi¸c˜ao de

temperatura usando radia¸c˜ao

t´ermica

Os cap´ıtulos anteriores serviram para demonstrar que h´a alguma rela¸c˜ao entre a temperatura de um corpo e a radia¸c˜ao por ele emitida. A partir dessa rela¸c˜ao foram desenvolvidas t´ecnicas de medi¸c˜ao de temperaturas sem contacto. A grande dificuldade de todas elas prende-se no facto de a radia¸c˜ao emitida por um corpo depender n˜ao s´o da temperatura mas tamb´em das propriedades f´ısicas e qu´ımicas da sua superf´ıcie (emissividade). Ao longo deste cap´ıtulo ser´a visto que todas as t´ecnicas de medi¸c˜ao de temperaturas `a distˆancia se deparam com este problema.

4.1

Pir´ometro ´optico

O pir´ometro ´optico, ilustrado esquematicamente na figura 4.1 ´e usado para medir temperaturas de 700o_{C a 4000}o_{C. A energia radiante emitida pelo corpo}

incide numa lente objectiva e ´e focada no filamento de uma lˆampada de incan- descˆencia. Se a temperatura do corpo exceder os 1300o_{C, ´e usado um filtro de}

absor¸c˜ao entre a lente objectiva e a lˆampada. A energia radiante que prov´em do corpo e do filamento da lˆampada passa por um filtro vermelho com uma frequˆencia de corte de cerca de 470 × 1012_{Hz. A radia¸c˜ao transmitida atrav´es do}

filtro ´e captada por outra lente objectiva e focada para ser vista pelo observador atrav´es de uma lente ocular [Dall 93].

Se a corrente da lˆampada estiver desligada, o observador vai ver um filamento negro num plano de fundo de cor clara. Ao aumentar a corrente da lˆampada, chega-se a um ponto em que h´a a sensa¸c˜ao de que o filamento desaparece, j´a que a radia¸c˜ao por ele emitida na frequˆencia do filtro vermelho tem a mesma intensidade da radia¸c˜ao emitida pelo corpo. Ao aumentar ainda mais a corrente da lˆampada o filamento come¸ca a ter uma cor mais clara sobre um plano de fundo

PSfrag replacements Quen te Corp o Lente Lente Lente Objectiva Objectiva Filtro de Absor¸c˜aoLˆampada Filtro Vermelho Ocular Fonte de tens˜ao Vari´avel com Amper´ımetro

Observador

Figura 4.1: Ilustra¸c˜ao esquem´atica de um pir´ometro ´optico.

de cor mais escura, tal como mostra a figura 4.2.

Figura 4.2: Imagem do filamento da lˆampada vista pelo observador.

Na condi¸c˜ao em que o filamento deixa de ser vis´ıvel, a corrente requerida para produzir o seu brilho ´e medida e usada para estabelecer a temperatura do corpo quente.

Os principais problemas deste pir´ometro s˜ao:

- S´o funciona para temperaturas em que o corpo emite radia¸c˜ao consider´avel no espectro vis´ıvel.

- S´o mede correctamente a temperatura de corpos negros, isto ´e, corpos cuja superf´ıcie tenha emissividade igual a 1. Para todos os outros o aparelho necessita de calibra¸c˜ao. Como ´e sabido, a radia¸c˜ao emitida por um corpo ´e menor do que a que emite um corpo negro `a mesma temperatura.

Se for conhecida a energia radiada por um corpo e o valor da emissividade da sua superf´ıcie, pode-se calcular a energia radiada por um corpo negro `a mesma temperatura e no mesmo comprimento de onda. Depois basta usar a lei de Planck (equa¸c˜ao 2.26) que relaciona a energia emitida por um corpo negro com o comprimento de onda e com a temperatura. A emissividade de alguns materiais vem em tabelas semelhantes `a 3.1.

Caso n˜ao seja conhecida a emissividade da superf´ıcie do corpo, podem ser usados alguns truques para se chegar ao valor da temperatura: Uma por¸c˜ao do corpo pode ser pintada de negro ou coberta por uma cerˆamica negra para que a sua emissividade seja pr´oxima de 1. Para temperaturas muito altas, em que n˜ao ´e poss´ıvel pintar a superf´ıcie, pode ser feito um furo com uma rela¸c˜ao profundidade/diˆametro de seis ou mais. Como foi visto no cap´ıtulo 2, este furo liga o interior de uma cavidade com o exterior, portanto actua como corpo negro e se o pir´ometro ´optico for focado no seu interior, a temperatura do corpo pode